Доказательство работы (PoW) — это алгоритм, используемый для достижения консенсуса в распределенных сетях. Впервые он был предложен Синтией Дворк и Мони Наор в 1993 году и применен к технологии блокчейна Сатоши Накамото в официальном документе Биткойна. В сети блокчейнов PoW используется для обеспечения безопасности и согласованности данных сети блокчейнов.

Основные принципы PoW

Основная идея PoW — позволить участникам сети (часто называемым майнерами) доказать, что они выполнили определенный уровень вычислительной работы, решив сложную математическую задачу. Математическая проблема обычно состоит в том, чтобы найти значение хеш-функции, отвечающее определенным критериям. Только когда будет найдено значение хеш-функции, отвечающее условиям, майнеры смогут добавлять новые блоки в блокчейн и получать соответствующие вознаграждения.

Шаги PoW

1. Подготовьте данные：Майнер отправляет информацию о заголовке блока.（Включает хеш предыдущего блока、Данные транзакции текущего блока、Timestamp и т. д.) и случайное число (Nonce) в сочетании.
2. Вычислить хэш-значение：Майнеры объединяют объединенные данные Выполнить хеш-расчеты,Обычно используется алгоритм SHA-256.
3. Проверить результаты：Майнер проверяет, меньше ли вычисленное значение хеш-функциицелевая какая ценность. Если условия соблюдены, это означает, что найдено действительное доказательство работы.
4. Результаты трансляции：Майнеры транслируют найденные валидные блоки в сеть,Другие узлы проверяют достоверность блока,и добавить его в блокчейн.

целевая сложность

целевая Характер — это динамически настраиваемое значение, используемое для управления временным интервалом генерации блоков. целевая Чем выше сложность, тем сложнее найти хэш, соответствующий критериям, что увеличивает сложность вычислений и время. В сети Bitcoin целевая сложность Корректируется примерно каждые две недели,Чтобы гарантировать, что один блок генерируется в среднем каждые 10 минут.

Преимущества PoW

1. безопасность：потому что PoW Требует много вычислительных ресурсов,Злоумышленникам приходится платить огромные деньги, чтобы получить контроль над сетью.,Тем самым улучшая безопасность сети.
2. Децентрализация：Участвовать может каждый Горное дело,Нет необходимости доверять централизованным институтам,Тем самым реализуя механизм консенсуса Децентрализации.
3. Предотвращение атак двойной траты：PoW Обеспечивается неизменность блокчейна, что предотвращает атаки двойного расходования (когда одна и та же криптовалюта используется несколько раз).

Недостатки PoW

1. Высокое энергопотребление：PoW Это требует большого количества вычислительных ресурсов и электроэнергии, что приводит к огромному потреблению энергии и экологическим проблемам.
2. Низкая эффективность：Огромное количество вычислительных ресурсов тратится на решение бессмысленных математических задач.,а не для фактических производственных расчетов,Менее эффективен.
3. Риск централизации：Хотя PoW Разработан для достижения децентрализации,Но в практическом применении,Появление майнинг-пулов привело к централизации вычислительных мощностей.,Повышенный риск централизации.

Простой пример PoW

Ниже приведен простой пример PoW, реализованный на языке Go, включая определение блока, алгоритм доказательства работы и процесс проверки.

package main

import (
    "bytes"
    "crypto/sha256"
    "encoding/binary"
    "fmt"
    "math"
    "math/big"
    "time"
)

// Определите блок, включая заголовок блока, поля данных и доказательства работы.
type Block struct {
    Timestamp    int64
    Data         []byte
    PrevBlockHash []byte
    Hash         []byte
    Nonce        int
}

// Определить структуру PoW, включая целевую сложностьи блокируют информацию
type ProofOfWork struct {
    Block  *Block
    Target *big.Int
}

// Создайте новый объект доказательства работы, установите целевую сложность。целевая Чем выше сложность, тем сложнее добывать.
const targetBits = 24

func NewProofOfWork(block *Block) *ProofOfWork {
    target := big.NewInt(1)
    target.Lsh(target, uint(256-targetBits))

    pow := &ProofOfWork{block, target}

    return pow
}

// Выполнить хеш-расчеты
func (pow *ProofOfWork) prepareData(nonce int) []byte {
    data := bytes.Join(
        [][]byte{
            pow.Block.PrevBlockHash,
            pow.Block.Data,
            IntToHex(pow.Block.Timestamp),
            IntToHex(int64(targetBits)),
            IntToHex(int64(nonce)),
        },
        []byte{},
    )

    return data
}

func IntToHex(n int64) []byte {
    buff := new(bytes.Buffer)
    err := binary.Write(buff, binary.BigEndian, n)
    if err != nil {
        fmt.Println("binary.Write failed:", err)
    }
    return buff.Bytes()
}

// Горное дело 
func (pow *ProofOfWork) Run() (int, []byte) {
    var hashInt big.Int
    var hash [32]byte
    nonce := 0

    fmt.Printf("Mining the block containing \"%s\"\n", pow.Block.Data)
    for nonce < math.MaxInt64 {
        data := pow.prepareData(nonce)
        hash = sha256.Sum256(data)

        fmt.Printf("\r%x", hash)
        hashInt.SetBytes(hash[:])

        if hashInt.Cmp(pow.Target) == -1 {
            break
        } else {
            nonce++
        }
    }
    fmt.Print("\n\n")

    return nonce, hash[:]
}

Я участвую в последнем конкурсе эссе для специального учебного лагеря Tencent Technology Creation 2024. Приходите и разделите со мной приз!

заявление：Эта работа принимаетС указанием авторства-Некоммерческая-ShareAlike 4.0 интернациональность (CC BY-NC-SA 4.0)Дать разрешение,При использовании указывайте источник.

blog: mengbin

Github: mengbin92

cnblogs: Влюбиться в воду невольно

Сообщество разработчиков облачных технологий Tencent：Мюнстер